A6063 알루미늄 합금이란? 업무에서 사용하고 있는 지식을 기준으로 해설

알루미늄 합금은 종류가 많으며 재료 선정은 기능, 내구도, 비용과 직결합니다. 이번 내용에서는 A6063의 특성과 장단점, 가공 방법, 타 합금과의 비교, 설계 시 주의 사항까지 자세히 설명합니다.

A6063의 정의

A6063은 마그네슘과 실리콘을 주요 첨가 원소로 하는 6000번대 알루미늄 합금으로 압출로 복잡 형상을 쉽게 성형할 수 있습니다. 내식성과 표면 처리성도 뛰어나 알루미늄 창틀 등 건축용 압출 형상에 가장 많이 사용되는 「구조용 알루미늄의 범용 재질」로서 건축에서 공산품까지 폭넓은 분야에서 채택되고 있습니다.

표 1. A6063 알루미늄 합금 – 화학 성분 (단위 %)

A6063의 특성

기계적 특성

A6063은 열처리에 의한 시효 경화로 강도 조정이 가능한 중간 정도 강도의 합금입니다. T5 상태에서 인장 강도 185MPa 전후, T6 상태에서 240MPa 가까이에 이르며, 같은 계열의 A6061보다 강도는 떨어지지만 가공성과 치수 안정성이 뛰어납니다. 열처리 전제로 제품 강도를 확보할 수 있으며, 순수 알루미늄이나 비 열처리 합금으로는 얻을 수 없는 강도 향상을 T6 처리로 실현할 수 있습니다. 또한 영률은 약 68.9GPa로 강재의 1/3 정도를 위한 휨 설계에 주의가 필요합니다.

표 2. A6063의 물리적 특성 값(기계적 특성)

물리 및 화학적 특성

A6063은 비중 약 2.7로 철이나 구리의 1/3 이하의 경량화를 가져, 구조물의 경량화에 공헌합니다. 첨가 원소가 Mg와 Si에 한정되어 불순물이 적기 때문에 알루미늄 합금 중에서도 특히 내식성이 양호하여 해안가 근처에서도 장기 사용 가능합니다.

열전도율은 200W/mK로 철강의 약 3배로 방열판에 적합하며 전기전도성도 좋아 송전선 용도로도 사용됩니다.

경량, 높은 내식으로 열전도성도 높고, 옥외 구조물이나 기능 부재에 폭넓게 사용됩니다. 아노다이징 처리로 내식성을 더욱 향상 시킬 수 있으며 장식용 처리에도 적합합니다.

표 3. A6063의 물리적 특성 값(물리·화학적 특성)

A6063의 장점

우수한 가공성과 성형성

A6063은 소성 가공성이 높고, 특히 압출 가공에 적합한 합금입니다. 열간 압출로 복잡 단면(내부에 공동이 있는 상태 , 표면에 홈이 있는 상태)의 형상도 용이하게 만들 수 있으며, 절삭 가공도 용이하여 고속 가공이 가능합니다. 압출재를 이용하면 높은 정밀도 제품을 저비용·단납기로 제조할 수 있습니다.

표면 처리성・외관의 장점

A6063은 아노다이징 처리와의 궁합이 좋고 균일하고 아름다운 외관을 얻을 수 있어 알루미늄 창틀 및 인테리어 제품에 많이 사용됩니다. 도장 및 화성 처리와의 친화성이 높아 각종 표면 마감이 용이하며 압출재는 표면이 평활하고 광택이 있어 표면처리가 없어도 외관이 양호합니다.

높은 내식성으로 인한 유지 보수성

A6063은 내식성이 매우 높아 방청 도장 등의 추가 처치 없이 야외 이용이 가능합니다. 재료 자체가 잘 부식되지 않기 때문에 장기적인 유지 보수 부하를 줄이고 라이프 사이클 비용도 줄일 수 있습니다.

비용면 균형

A6063은 널리 유통되는 범용재로 재료비용이 저렴하고 안정적이며 압출 형상의 규격품(봉이나 형강)도 풍부하여 소로트로부터 구입 가능합니다. 입수성이 좋고 재료 조달 면에서 유리하며, 가공의 용이성으로 제조 비용도 절감할 수 있어 전체 비용 대비 효과가 높은 합금입니다.

A6063의 단점

강도가 제한적

A6063은 알루미늄 합금 중에서 중간 정도의 강도밖에 가지지 않으며, 고강도가 요구되는 용도에는 적합하지 않습니다. 큰 하중을 받는 구조 부분 재질이나 높은 응력의 기계부품에서는 강도 부족의 가능성이 있으며, 그러한 용도에서는 A6061이나 A7075 등을 선택해야 하며, 채용 시에는 설계 연구가 필요합니다.

고온 환경에 약함

알루미늄 합금은 내열성이 낮고, A6063도 150℃ 이상에서 강도가 급격히 저하되기 때문에 엔진 주변 등 고온 부분에는 적합하지 않습니다. 녹는점이 약 615~655℃로 낮아 가공 시 국소적 고열로 쉽게 녹아 손실되며 용접이나 열처리 시 온도 관리를 잘못하면 재료 특성이 손상됩니다.

절곡 가공시의 균열

A6063은 압출재로서 성형성은 높지만 절곡 가공(특히 가파른 각도의 굽힘)에는 주의가 필요합니다. T6와 같이 경화된 상태에서는 연성이 낮고 작은 절곡반경으로 균열의 우려가 있기 때문에 절곡 전 부분적인 어닐링 처리(O처리)나 T5 상태에서의 가공, 비교적 큰 절곡 반경을 확보할 필요가 있습니다.

표면의 손상 용이성

알루미늄은 표면 경도가 낮아 찰과상이 생기기 쉬우며, A6063도 가공 중이나 취급 중에 다른 부재와 마찰되면 쉽게 흠집이 생깁니다. 상처에 의해 산화피막이 파괴되어 부식 진행의 우려도 있으므로 지그에 대한 보호재 설치나 포장 보호 등 취급 시 충분한 주의가 필요합니다.

표 4. A6063의 장점・단점

A6063 채용 산업 및 용도

A6063은 표 5와 같은 용도로 사용됩니다.

표 5. A6063의 채용 산업 및 용도

A6063의 가공방법 및 주의점

압출 가공: 높은 정밀 형상의 제조

압출 가공은 원기둥 모양의 알루미늄 소재를 가열하여 컨테이너에 넣고 고압으로 다이스 홀을 통해 밀어내어 소정 단면 형상의 재료를 만드는 가공법입니다. A6063은 압출 성형성이 매우 뛰어나 L자 앵글이나 파이프 등 다양한 단면의 높은 정밀 및 고품질 형상을 비교적 쉽게 얻을 수 있습니다. 치수 정밀도가 높고 표면도 매끄러워 추가 가공 없이 거의 설계 치수대로의 부재를 얻을 수 있습니다.

주의 사항으로서 압출 방향에 의한 다른 방향성이 있기 때문에 강도 계산 시에 고려가 필요하며 시효 경화(T5/T6 처리)에 의한 강도 부여와 인장 교정에 의한 왜곡 제거가 이루어집니다. 압출 가공은 A6063의 특기 분야로 복잡 형상을 한번에 만들 수 있는 효율적인 가공법이며 규격 형상 활용으로 절삭 제거량을 줄여 비용 절감과 납기 단축을 실현할 수 있습니다.

절삭 가공: 양호한 피삭성과 용착 대책

A6063은 절삭성이 양호한 재료로 알루미늄의 높은 열전도에 의해 가공 중 발열을 빠르게 놓칩니다. 따라서 공구 선단에 열이 가해지지 않아 스테인레스 강보다 절삭이 용이합니다. 적절한 조건에서 고속 절삭하면 공구 마모나 열융착이 적고, 홀 가공이나 탭 꽂이도 난이도가 낮아 양산 부품의 절삭에도 적합합니다.

주의사항은 공구에 대한 용착(Built-up Edge)으로 칩이 날 끝에 부착되어 마감면 거칠기나 치수 정밀도의 악화를 초래합니다. 따라서 충분한 절삭유 사용과 초경합금 TiN 코팅 공구 사용, 알루미늄 전용 공구 채택이 효과적입니다.

절곡 가공: 성형성과 균열 방지의 포인트

A6063은 중간 정도의 강도와 연성을 가지고 구부려 가공에 비교적 적합하며, 얇은 압출형 소재로도 적절한 지그와 방법으로 소정의 알 형상을 만들 수 있습니다. 롤 절곡이나 형 휨 등의 방법이 있으며, 다른 금속에 비해 작은 절곡 반경에도 잘 깨지지 않는 이점이 있습니다.

그러나 절곡 반경이 너무 작거나 조정 재질이 너무 딱딱하면 균열 위험이 있습니다. T6에서는 엄격한 절곡 시에 T5나 O재 등 부드러운 상태로 가공하거나 절곡 후에 재경화시키는 절차가 효과적입니다. 최종 제품 형상에 따른 적절한 가공법 선택이 중요하며, 조건을 갖추면 아름다운 굽힘 가공품을 만들 수 있습니다.

용접 가공: 용접성 및 피팅 강도에 대한 주의

A6063은 TIG 용접이나 MIG 용접이 가능하지만 용접부 근방이 연화되고 조인트 강도가 저하되므로 용접은 구조상 중요하지 않은 곳에 고정하고 주요 결합은 기계적 체결로 실시하는 것이 이론입니다.

용접 시 주의사항으로는 알루미늄 표면의 고융점 산화피막을 사전에 스테인레스 브러시로 제거하고 모재에 적합한 용접 와이어를 선정해야 합니다.

기타 알루미늄 합금과의 비교(A6061・A5052・A7075 등)

A6063 이외의 대표적 합금(A6061, A5052, A7075)의 성능을 비교합니다.

표 6. 주요 알루미늄 합금과의 비교표

설계・선정시의 주의점

규격과 조정 재질의 확인

A6063은 JIS나 각사 규격에서 성분·기계적 성질이 정해져 있어 발주 시에는 JIS H4100(압출 형상) 적합 재료의 확인과 희망 조정 재질(T5나 T6)의 명확한 기재가 중요합니다. 조정 재질에 따라 강도, 연성이 크게 변하기 때문에 강도 중시라면 T6, 가공 중시라면 T5 등 용도에 맞는 선택이 필요합니다.

표준 형상의 활용

설계 시 소재 형상부터 고려하면 비용도 납기도 절감할 수 있습니다. 판금 부품이라면 가까운 두께·폭의 A6063 플랫바를 채용하고, JIS 규격의 압출 형상(앵글, 채널, 파이프 등)에 적합한 부품 형상이라면 규격재를 이용하는 것이 중요합니다. 불필요한 건축용 대형 목재를 깎는것은 피합시다.

표면 처리

A6063은 표면처리가 없어도 내식성은 높지만, 의장성이나 내구성 향상을 위해 표면 처리를 실시하는 경우가 많아, 아노다이징 처리시는 도면에 막두께나 처리에 따라 종류를 분류할 필요가 있습니다. 아노다이징은 치수를 수 μm 두께 방향으로 성장시키기 때문에 정밀 치수부는 처리 전제에서 공차를 설정하고, 전기  절연화하기에 통전 부분은 마스킹 처리가 필요합니다. 소재 선정 시 표면 마감 방법까지 검토하여 완제품의 품질과 기능을 최적화할 수 있습니다.

용접을 피한 설계

A6063끼리의 접합은 용접에 의존하지 않고 브래킷을 통한 볼트 체결이나 리벳 체결이 바람직합니다. 용접이 필요한 경우는 강도 저하를 예상하여 보강 설계로 하고, 용접 후의 시효 경화 처리 등 공정면에서도 보상 조치를 계획하고, 용접열에 의한 왜곡도 사전 해석하여 대책을 강구합니다.

이종 금속 접촉 고려

알루미늄은 이종 금속과 접촉하면 전기화학적 부식(갈바닉 부식)이 일어나기 쉽습니다. A6063 부재를 강재나 구리 합금과 조합하는 설계에서는, 양자 사이에 수지 와셔를 끼우고, 접촉면에 도장을 실시하는 등, 직접 닿지 않는 궁리를 합시다. 특히 야외에서 빗물이 걸리는 환경에서는 이종 금속 접촉은 최대한 피하는 것이 바람직합니다.

그 외, 설계상의 주의 포인트

A6063은 경량, 강도, 비용의 균형이 뛰어나지만 만능은 아닙니다.

예를 들어 비교적 중량이 있는 장치의 지지대나 플랫폼, 그리고 플랫폼 상의 난간 등 일정 이상의 내하중이 요구되는 부분이 있습니다. 이러한 상황에는 SUS304 등의 스테인레스계나 SS400의 스틸계 재료를 기본으로 생각합시다. 알루미늄재, 알루미늄 합금재는 비교적 저렴하지만, 스틸계 재료는 더욱 저렴하고 강도도 확보할 수 있습니다.

그러나 스틸계 재료를 선정하게 되면 내식성이 신경 쓰이는 경우도 있을 것입니다. 도장의 종류나 막두께 등으로 일정 정도 대응할 수 있기 때문에 과거에 사내에서 어떤 재료나 도장이 선정되어 왔는지 확인하는 것이 좋습니다.

정리

A6063은 「압출재에 최적인 범용 알루미늄 합금」으로서 그 특성, 장점, 단점을 올바르게 이해하면 매우 사용하기 좋은 재료입니다.

이번 내용이, 설계·개발·조달 담당 여러분에게 있어서 의문 해소에 도움이 되었으면 좋겠습니다.